Перемещение источника

Физика > Перемещение источника

 

Рассмотрите эффект Доплера при перемещении источника звука – как меняется восприятие звука человеком: скорость звука и наблюдателя, частота волны, угол обзора.

Эффект Доплера – кажущаяся перемена в частоте волны, образующаяся, если наблюдатель и источник волны перемещаются относительно друг друга.

Задача обучения

• Вычислить параметры, которые нужны для расчета воспринимаемой частоты звукового источника, перемещающегося к наблюдателю.

Основные пункты

• Когда движущееся тело перемещается к другому, то частота растет, так как время между последовательными звуковыми волнами уменьшается. Поэтому тон выше.
• Если движение происходит от объекта, то частота уменьшается, потому что время между последовательными волнами растет. Тон уменьшается.
• Если объекты не расположены на прямом пути друг к другу, то нужно учитывать угол между ними. Уравнение нужно заменить на скорость перемещения. Угол должен формироваться от линии видимости наблюдателя к источнику звука.

Термин

• Эффект Доплера – видимое изменение частоты, когда наблюдатель и источник перемещаются относительно друг друга.

Пример

Можно объяснить эффект Доплера простыми словами на конкретном примере. Допустим, у нас есть поезд с гудком в 150 Гц. Он едет на скорости в 35 м/с в неподвижном воздухе, где скорость звука достигает 340 м/с. Какой будет наблюдаемая частота гудка, когда поезд приблизится к наблюдателю?

Начнем с перечисления известных величин:

• с – 340 м/с.
• f₀ – 150 Гц.
• v_s – 35 м/с.
• v_r – 0 м/с.

Если звуковой источник смещается в сторону наблюдателя, то каждая следующая волна излучается ближе, чем предыдущая, а также охватывает немного больше времени, чтобы достичь наблюдателя. Время между волнами сокращается, а частота растет. Если источник звука отойдет, то все произойдет наоборот. Благодаря перемене в частоте намного проще отобразить эффект Доплера.

Звуковой источник производит звуковые волны со стабильной частотой в одинаковой среде. Теперь источник смещается вправо со скоростью 0.7 с. Волновые фронты создаются с прежней частотой, но из-за движения центр каждого нового волнового фронта немного смещается вправо. В итоге, они начинают группироваться впереди и раздвигаются позади источника

Если наблюдатель не приближается к источнику, то в расчетах нужно будет учесть угол межу ними. Для этого нужно знать:

• исходную частоту звуковой волны (f₀).
• скорость наблюдателя (v_r).
• скорость звука в воздухе или среде (c).
• угол прямой видимости от наблюдателя к звуковому источнику (θ).

Звуковые волны распространяются источником с одинаковой частотой, но воспринимаются по-разному. Для воспринимаемой частоты используют уравнение:

а для

Если наблюдатель приближается к источнику, то ставим плюс перед скоростью. Если же наблюдатель отдаляется, то минус.

---